DE102019200564A1

DE102019200564A1 - Induktionsofenvorrichtung

Info

Publication number: DE102019200564A1
Application number: DE102019200564.0A
Authority: DE
Inventors: Peter Mallinger; Klaus Schwarzer
Original assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Current assignee: BSH Hausgeraete GmbH
Priority date: 2019-01-17
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2020-07-23
Also published as: EP3911894A1; WO2020148328A1

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Induktionsofenvorrichtung (10) mit zumindest einer Ofenmuffelwandung (12, 13), welche zumindest ein strukturgebendes, einen Garraum (14) zumindest teilweise begrenzendes, Wandungselement (16, 17) aufweist.Um eine Produktqualität auf einfache Weise zu steigern, wird vorgeschlagen, dass die Ofenmuffelwandung (12, 13) zumindest ein induktiv beheizbares, vollständig auf einer dem Garraum (14) abgewandten Seite (18, 19) des Wandungselements (16, 17) angeordnetes, Flächenelement (20, 21) und zumindest ein Verbindungselement (22, 23) aufweist, welches das Flächenelement (20, 21) thermisch leitend mit dem Wandungselement (16, 17) verbindet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Induktionsofenvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren nach Anspruch 15.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Induktionsöfen bekannt, welche induktiv beheizbare, strukturbildende Wandungselemente aufweisen, welche einen Garraum zu einem Großteil begrenzen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, eine gattungsgemäße Vorrichtung mit verbesserten Eigenschaften hinsichtlich einer Produktqualität bereitzustellen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 15 gelöst, während vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung den Unteransprüchen entnommen werden können.
Die Erfindung geht aus von einer Induktionsofenvorrichtung mit zumindest einer Ofenmuffelwandung, welche zumindest ein strukturgebendes, einen Garraum zumindest teilweise begrenzendes, Wandungselement aufweist.
Es wird vorgeschlagen, dass die Ofenmuffelwandung zumindest ein induktiv beheizbares, insbesondere vollständig auf einer dem Garraum abgewandten Seite des Wandungselements angeordnetes Flächenelement und zumindest ein Verbindungselement aufweist, welches das Flächenelement thermisch leitend mit dem Wandungselement verbindet.
Durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung kann eine Produktqualität vorteilhaft gesteigert werden. Insbesondere kann eine Robustheit der Ofenmuffelwandung verbessert werden. Vorteilhaft kann eine induktive Beheizung auf das Flächenelement beschränkt werden, welches die durch die Beheizung erzeugte Wärme über das Verbindungselement spezifisch und lokal an das Wandungselement überträgt und eine plötzliche Erwärmung des Wandungselements, was zu einer Beschädigung einer Emaille der Ofenmuffelwandung führen kann, vermeiden kann. Besonders vorteilhaft kann eine erhöhte thermische Energieeinbringung in die Ofenmuffelwandung mit einem erhöhten Wirkungsgrad erreicht werden, während die Beschädigung der Emaille vermieden wird.
Unter einer „Induktionsofenvorrichtung“ soll insbesondere zumindest ein Teil, insbesondere eine Unterbaugruppe, eines Induktionsofens verstanden werden. Insbesondere kann die Induktionsofenvorrichtung auch den gesamten Induktionsofen umfassen.
Unter einem „Induktionsofen“ soll insbesondere ein Ofen verstanden werden, welcher dazu vorgesehen ist, zumindest ein Gargut mittels einer Wärmeübertragung, insbesondere einer Wärmeabstrahlung, eines induktiv beheizten Elements zu garen. Unter einer „induktiven Beheizung“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Umwandlung von elektrischer Energie in thermische Energie verstanden werden, bei welcher zunächst zumindest eine Heizeinheit der Induktionsofenvorrichtung die elektrische Energie in zumindest ein elektromagnetisches Wechselfeld konvertiert, welches innerhalb zumindest eines induktiv beheizbaren Materials der Ofenmuffelwandung Wärme erzeugt.
Unter einer „Ofenmuffelwandung“ soll insbesondere eine Einheit verstanden werden, welche den Garraum zumindest teilweise begrenzt. Darunter, dass ein Objekt einen Raum „begrenzt“, soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass das Objekt zumindest eine Grenzfläche definiert, in welcher sich das Objekt und der Raum berühren. Bevorzugt ist die Ofenmuffelwandung plattenförmig ausgebildet. Darunter, dass ein Objekt „plattenförmig“ ausgebildet ist, soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass das ein gedachter kleinstmöglicher Quader, welcher das Objekt gerade noch aufnimmt, eine Dicke aufweist, die maximal 50 %, insbesondere maximal 20 %, vorteilhaft maximal 10 %, vorzugsweise maximal 5 %, einer Länge und/oder einer Breite des Quaders entspricht. Vorzugsweise weist das plattenförmige Objekt zumindest eine, vorzugsweise zumindest zwei, insbesondere einander gegenüberliegende, Seiten auf. Insbesondere begrenzt die Ofenmuffelwandung den Garraum in eine Richtung. Vorzugsweise ist die Ofenmuffelwandung ein Teil einer Ofenmuffel des Induktionsofens. Insbesondere begrenzt die Ofenmuffel gemeinsam mit einer Ofentür des Induktionsofens den Garraum vollständig. Bevorzugt ist die Ofenmuffel in Form eines an einer Seite geöffneten Hohlquaders ausgebildet.
Unter einem „Wandungselement“ soll insbesondere ein plattenförmiges Element verstanden werden, welches dazu vorgesehen ist, zumindest einen Raum zumindest teilweise zu begrenzen. Unter einem „strukturbildenden“ Element soll insbesondere ein Teil einer Einheit der Induktionsofenvorrichtung verstanden werden, welches unabhängig von weiteren Teilen der Einheit eine räumliche Struktur der Einheit zumindest teilweise, insbesondere wesentlich und vorzugsweise vollständig, definiert. Insbesondere können mehrere strukturbildende Elemente gemeinsam die räumliche Struktur der Einheit definieren. Insbesondere ist das Wandungselement von einer Beschichtung und einer Halterung verschieden ausgebildet.
Darunter, dass ein Element „induktiv beheizbar“ ist, soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass das Element dazu vorgesehen ist, bei Einwirkung des durch die Heizeinheit erzeugten elektromagnetischen Wechselfelds auf das Element durch induzierte Wirbelströme und/oder Ummagnetisierungseffekte Wärme zu erzeugen. Insbesondere stellt das Element in zumindest einem Betriebszustand eine Wärmeleistung von mindestens 1000 W, vorteilhaft mindestens 1300 W, bevorzugt mindestens 1600 W und besonders bevorzugt mindestens 2000 W bereit. Vorteilhaft ist das Element dazu geeignet, genügend thermische Energie abzustrahlen, um zumindest ein Gargut zu garen. Insbesondere weist das Element zumindest ein ferromagnetisches und/oder ferrimagnetisches Material auf. Insbesondere ist das Element von einer Heizeinheit, welche beispielsweise zumindest eine Induktionsspule aufweisen könnte, verschieden ausgebildet. Insbesondere ist das Element von zusätzlichen Materialien, welche vorrangig einem Korrosionsschutz, einer Haftung, einem Einleiten des magnetischen Wechselfelds in das Element und/oder einer Ästhetik dienen, verschieden ausgebildet.
Darunter, dass das Verbindungselement das Wandungselement und das Flächenelement „thermisch leitend“ verbindet, soll insbesondere verstanden werden, dass bei einer Wärmeübertragung vom Flächenelement über das Verbindungselement zum Wandungselement sämtliche Teilbereiche, durch welche die Wärme fließt, bei einer Temperatur von 0°C eine Wärmeleitfähigkeit von mindestens 50 W/(m K), vorteilhaft mindestens 60 W/(m K), bevorzugt mindestens 70 W/(m K) und besonders bevorzugt mindestens 80 W/(m K) aufweisen. Vorteilhaft bildet das Verbindungselement zumindest eine Verbindungsbrücke zwischen dem Wandungselement und dem Flächenelement aus. Insbesondere unterscheidet sich das Verbindungselement von Bauteilen mit geringer Wärmeleitfähigkeit wie Polymerelementen und Elastomerelementen. Vorzugsweise weist das Verbindungselement zumindest ein metallisches Material auf. Alternativ und/oder zusätzlich könnte das Verbindungselement zumindest ein auf Kohlenstoff basierendes Material aufweisen.
Vorteilhaft ist das Verbindungselement zusätzlich dazu vorgesehen, das Flächenelement und das Wandungselement in einer festen relativen Anordnung zueinander zu halten. Das Verbindungselement kann das Flächenelement und das Verbindungselement insbesondere durch Reibungskräfte in der festen relativen Anordnung zueinander halten. Beispielsweise könnte das Verbindungselement als eine Klammer und/oder eine Schraube und/oder ein Nagel und/oder als eine Graphenschicht ausgebildet sein. Denkbar wäre, dass das Verbindungselement auf einem Übergangsbereich, in welchem das Wandungselement auf einen Rand des Flächenelements trifft, angeordnet ist. Weiterhin wäre denkbar, dass das Verbindungselement zwischen dem Flächenelement und dem Wandungselement eingeklemmt ist. Bevorzugt füllt das Verbindungselement, insbesondere vollständig, ein Volumen aus, welches an zumindest zwei gegenüberliegenden Seiten von Material des Flächenelements und/oder des Wandungselements begrenzt ist. Vorzugsweise schneidet eine Kontaktebene, in welcher sich das Flächenelement und das Wandungselement berühren, das Volumen. Denkbar wäre, dass das Volumen durch Ausnehmungen des Flächenelements und des Wandungselements ausgebildet ist. Bevorzugt entsteht das Volumen durch eine Ausbildung des Verbindungselements. Bevorzugt weist die Induktionsofenvorrichtung eine Vielzahl von Verbindungselementen auf, welche über eine Kontaktfläche des Flächenelements mit dem Wandungselement verteilt angeordnet sind.
Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell ausgelegt und/oder ausgestattet verstanden werden. Insbesondere ist „dazu vorgesehen“ von Formulierungen wie „Vorrichtung zu“ und „Verfahren zu“ verschieden und als einschränkender als eine bloße Eignung zu interpretieren. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll insbesondere verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass das Flächenelement mindestens 20 %, vorteilhaft mindestens 40 %, bevorzugt mindestens 60 % und besonders bevorzugt mindestens 80 % der Seite des Wandungselements abdeckt. Insbesondere ist das Flächenelement zentral auf dem Wandungselements angeordnet. Insbesondere weist das Flächenelement bei einer Betrachtung senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Flächenelements eine Kontur auf, welche eine rechteckige Grundform aufweist. Unter einer „Haupterstreckungsebene“ eines Elements soll insbesondere eine Ebene verstanden werden, welche parallel zu einer größten Seitenfläche eines kleinstmöglichen gedachten Quaders ist, weleher das Element gerade noch vollständig umschließt, und insbesondere durch den Mittelpunkt des Quaders verläuft. Bevorzugt weist die Kontur des Flächenelements bei der Betrachtung, insbesondere in zumindest einem Eckbereich, zumindest eine konkave Krümmung auf. Hierdurch kann insbesondere eine für ein Garen des Garguts ausreichende Wärmeentwicklung innerhalb des Flächenelements gewährleistet werden. Vorteilhaft kann eine Homogenität einer Temperatur des Garraums während des Garens des Garguts erhöht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass das Flächenelement höchstens 95 %, vorteilhaft höchstens 90 %, bevorzugt höchstens 85 % und besonders bevorzugt höchstens 80 % der Seite des Wandungselements abdeckt. Hierdurch können insbesondere eine erhöhte Effizienz und eine Kostenersparnis sowie eine Gewichtsersparnis erreicht werden. Vorteilhaft kann eine thermische Energie zum Garen des Garguts zentriert und lokal in der Ofenmuffelwandung erzeugt werden. Besonders vorteilhaft können verglichen mit einem die Seite des Wandungselements vollständig abdeckenden Flächenelements Kosten und Gewicht eingespart werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass das Verbindungselement einstückig mit dem Flächenelement und dem Wandungselement verbunden ist. Unter „einstückig verbunden“ soll insbesondere zumindest stoffschlüssig verbunden, wie beispielsweise durch einen Schweißprozess und/oder Klebeprozess usw., und besonders vorteilhaft angeformt verstanden werden, wie durch die Herstellung aus einem Guss und/oder durch die Herstellung in einem Ein- oder Mehrkomponentenspritzverfahren. Insbesondere ist das Verbindungselement aus einem Material des Flächenelements und/oder Wandungselements gebildet. Insbesondere entsteht das Verbindungselement durch zumindest einen auf das Flächenelement und/oder das Verbindungselement angewandten Bearbeitungsprozess. Denkbar wäre, dass das Verbindungselement aus zum Material des Flächenelements und/oder Wandungselements vollständig identischem Material gebildet ist. Hierdurch kann insbesondere eine Robustheit weiter erhöht werden. Vorteilhaft kann eine sichere Verbindung des Flächenelements mit dem Wandungselement bereitgestellt werden.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass das Verbindungselement mittels eines Schweißverfahrens hergestellt ist. Eine räumliche Ausdehnung von Schweißmaterial und ein verwendetes Schweißverfahren sind insbesondere durch metallographische Untersuchungen am Produkt erkennbar. Denkbar wäre, dass das Verbindungselement zumindest ein zusätzliches, angeschweißtes Material aufweist. Ferner wäre denkbar, dass das Verbindungselement zumindest teilweise, insbesondere vollständig, aus geschweißtem Material des Flächenelements oder Wandungselements besteht. Bevorzugt besteht das Verbindungselement zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus geschweißtem Material des Flächenelements und des Wandungselements. Hierdurch kann insbesondere auf einfache Weise eine hohe Robustheit erzielt werden. Vorteilhaft kann in einem einzelnen Verfahrensschritt eine robuste Verbindung des Flächenelements mit dem Wandungselement erreicht werden.
Beispielsweise könnte das Verbindungselement durch ein Pressschweißverfahren und/oder ein Reibschweißverfahren und/oder ein Plasmaschweißverfahren hergestellt sein. Um Beschädigungen der Ofenmuffelwandung während der Herstellung insbesondere noch besser vermeiden zu können und vorteilhaft eine während des Schweißvorgangs erzeugte thermische Energie noch geringer und lokalisierter zu halten, wird vorgeschlagen, dass das Verbindungselement mittels eines Laserschweißverfahrens hergestellt ist. Insbesondere wird in dem Laserschweißverfahren ein gepulster Laser verwendet.
Zusätzlich wird vorgeschlagen, dass das Verbindungselement als ein Schweißpunkt ausgebildet ist. Unter einem „Schweißpunkt“ soll insbesondere eine Schweißverbindung verstanden werden, deren Querschnittsfläche parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Wandungselements punktförmig ausgebildet ist. Unter einer „punktförmigen Fläche“ soll insbesondere eine Fläche verstanden werden, welche insbesondere zumindest annähernd kreisförmig ausgebildet und welche insbesondere an einem weiteren Objekt angeordnet ist, dessen räumliche Ausdehnung zumindest das zehnfache, vorteilhaft das fünfzehnfache, bevorzugt das zwanzigfache und besonders bevorzugt das fünfundzwanzigfache einer räumlichen Ausdehnung der Fläche beträgt. Darunter, dass die Fläche „zumindest annähernd kreisförmig“ ausgebildet ist, soll insbesondere verstanden werden, dass ein Flächeninhalt eines größten gedachten Kreises, welcher gerade noch innerhalb der Fläche angeordnet werden kann, zumindest 70 %, vorteilhaft zumindest 80 %, bevorzugt 90 % und besonders bevorzugt 100 % eines Flächeninhalts der Fläche beträgt. Insbesondere kann ein einzelner Puls des gepulsten Lasers zur Herstellung des Schweißpunkts verwendet werden. Insbesondere lässt sich der Schweißpunkt am Produkt durch eine räumliche Ausdehnung des Schweißmaterials und eine thermische Spannung des umliegenden Materials von anderweitig hergestellten Schweißstellen unterscheiden. Hierdurch können insbesondere Beschädigungen der Ofenmuffelwandung während der Herstellung vermieden werden. Vorteilhaft kann eine thermische Energie, welche während des Schweißverfahrens erzeugt wird, gering und stark lokalisiert gehalten werden. Besonders vorteilhaft können eine thermische Verformung des Wandungselements während der Herstellung reduziert und eine Beschädigung der Emaille vermieden werden.
Vorzugsweise durchdringt das Verbindungselement das Flächenelement vollständig. Darunter, dass das Verbindungselement das Flächenelement „durchdringt“ soll insbesondere verstanden werden, dass das Verbindungselement einen Raum, vorzugsweise den Zwischenraum, ausfüllt, welcher sich zumindest von der dem Garraum abgewandten Seite des Flächenelements zu einer weiteren, dem Garraum zugewandten Seite des Flächenelements erstreckt. Vorteilhaft erfolgt das Schweißverfahren vollständig durch das Flächenelement. Insbesondere durchdringt das Verbindungselement das Wandungselement zu zumindest 10 %, vorteilhaft zu zumindest 15 % und bevorzugt zu zumindest 20 %. Insbesondere durchdringt das Verbindungselement das Wandungselement zu höchstens 50 %, vorteilhaft zu höchstens 40 %, bevorzugt zu höchstens 30 % und besonders bevorzugt zu höchstens 20 %. Hierdurch kann insbesondere auf einfache Weise eine gute thermische Leitung vom Flächenelement zum Wandungselement gewährleistet werden. Vorteilhaft kann nach einem Auflegen des Flächenelements auf das Wandungselement auf weitere Verfahrensschritte vor dem Schweißverfahren verzichtet werden.
Zudem wird vorgeschlagen, dass die Induktionsofenvorrichtung eine Vielzahl, insbesondere zumindest Hundert, von weiteren Verbindungselementen aufweist, welche zumindest weitgehend identisch zu dem Verbindungselement ausgebildet sind. Insbesondere sind die Verbindungselemente periodisch voneinander beabstandet angeordnet. Denkbar wäre, dass die Verbindungselemente in Form einer Matrix oder einer Spirale angeordnet sind. Vorzugsweise sind die Verbindungselemente in Form von konzentrischen Kreisabschnitten, welche jeweils aus gleichmäßig beabstandeten Verbindungselementen bestehen, angeordnet. Insbesondere können die Kreisabschnitte vollständige Kreise ausbilden. Alternativ könnten die Verbindungselemente anhand beliebiger weiterer vordefinierter Anordnungen angeordnet sein. Vorzugsweise werden bei der Herstellung der Ofenmuffelwandung in einem Randbereich des Flächenelements angeordnete Verbindungselemente zuerst hergestellt. Insbesondere kann eine Fahrbahn, eine Fahrgeschwindigkeit und eine Pulsfrequenz des gepulsten Lasers derart gewählt werden, dass der gepulste Laser in einer einzelnen Bewegung mehrere Verbindungselemente herstellt. Hierdurch kann insbesondere eine Robustheit der Ofenmuffelwandung und eine Wärmeübertragung vom Flächenelement zum Wandungselement verbessert, sowie eine Fertigung der Ofenmuffelwandung vereinfacht werden. Vorteilhaft kann eine bessere Verteilung von Zugkräften erreicht und eine Beschädigung der Verbindungselemente vermieden werden. Besonders vorteilhaft kann ein wärmeleitendes Volumen zwischen dem Flächenelement und dem Wandungselement erhöht werden. Ferner kann eine Verschiebung des Flächenelements relativ zum Wandungselement während der Herstellung der Ofenmuffelwandung vermieden werden.
Vorteilhaft sind sämtliche Teilbereiche zwischen dem Flächenelement und dem Wandungselement, welche frei von Verbindungselementen sind, nach außen hin offen. Darunter, dass die Teilbereiche „nach außen hin offen“ sind, soll in diesem Zusammenhang insbesondere verstanden werden, dass von jeglichem Punkt der Teilbereiche aus zumindest ein Pfad existiert, welcher keines der Verbindungselemente schneidet und zum Rand der Flächeneinheit führt. Hierdurch kann insbesondere eine einfache Herstellung der Ofenmuffelwandung erreicht werden. Vorteilhaft können Rückstände, welche einer Oberfläche des Flächenelements und des Wandungselements anhaften, wie beispielsweise restliches Ziehöl und/oder Nebenprodukte von Beschichtungen, in einem einzelnen Verfahrensschritt entfernt werden. Besonders vorteilhaft kann ein Einschluss von Rückständen zwischen dem Flächenelement und dem Wandungselement vermieden werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Induktionsofenvorrichtung zumindest eine Heizeinheit aufweist, welche auf einer dem Garraum abgewandten Seite der Ofenmuffelwandung angeordnet und dazu vorgesehen ist, die Ofenmuffelwandung, vorzugsweise das Flächenelement, induktiv zu beheizen. Insbesondere ist die Heizeinheit ausschließlich dazu vorgesehen, das Flächenelement induktiv zu beheizen. Vorzugsweise besteht das Wandungselement vollständig aus nicht induktiv beheizbarem Material. Alternativ könnte das Wandungselement aus induktiv beheizbarem Material bestehen und die Heizeinheit insbesondere dazu vorgesehen sein, das Wandungselement zusätzlich zum Flächenelement induktiv zu beheizen. Insbesondere kann die Heizeinheit zumindest eine, vorzugsweise plattenförmige, Induktionsspule aufweisen. Beispielshafte Ausgestaltungen der Induktionsspule umfassen in einem kreisförmigen oder quaderförmigen Spiralmuster gewundene Induktionsspulen. Vorzugsweise ist die Heizeinheit auf einer dem Garraum abgewandten Seite des Flächenelements angeordnet. Insbesondere bedeckt eine gedachte zweidimensionale konvexe Hülle, welche die Induktionsspule gerade noch aufnimmt, zumindest 50 %, vorteilhaft zumindest 60 %, bevorzugt zumindest 70 % und besonders bevorzugt zumindest 80 % der Seite des Flächenelements. Vorzugsweise ist die Heizeinheit durch zumindest ein plattenförmiges Abschirmelement, welches dazu vorgesehen ist, eine Wärmeleitung vom Flächenelement zur Heizeinheit zu reduzieren, von dem Flächenelement beabstandet. Hierdurch kann insbesondere eine Beschädigung der Emaille der Ofenmuffelwandung vermieden werden. Vorteilhaft kann auf ein direktes induktives Beheizen des Wandungselements verzichtet werden.
Um eine Beschädigung der Emaille der Ofenmuffelwandung noch besser vermeiden und/oder eine Wärmeleitung vom Flächenelement zum Wandungselement weiter erhöhen zu können, wird zusätzlich vorgeschlagen, dass die Verbindungselemente in Abhängigkeit von einer in zumindest einem Betriebszustand mittels der Heizeinheit in dem Flächenelement erzeugten Wärmeverteilung räumlich verteilt angeordnet sind. Unter einer „in zumindest einem Betriebszustand mittels der Heizeinheit in dem Flächenelement erzeugten Wärmeverteilung“ soll insbesondere eine Wärmeverteilung verstanden werden, welche während des Garens des Garguts innerhalb des Flächenelements, insbesondere unabhängig von Betriebseinstellung des Induktionsofens, vorhanden ist. Vorteilhaft ist eine räumliche Ausdehnung der Verbindungselemente, insbesondere eine Länge und/oder Breite und/oder Formgebung der Verbindungselemente, ebenfalls in Abhängigkeit von der Wärmeverteilung definiert. Insbesondere sind die Verbindungselemente jeweils innerhalb von Teilbereichen des Flächenelements mit, verglichen mit einem restlichen Flächenelement, minimalen Temperaturen angeordnet. Vorteilhaft kann eine schonende Beheizung des Wandungselements erreicht werden. Alternativ könnten die Flächenelemente jeweils innerhalb von Teilbereichen des Flächenelements mit, verglichen mit einem restlichen Flächenelement, maximalen Temperaturen angeordnet sein. Vorteilhaft kann eine Geschwindigkeit der Wärmeleitung vom Flächenelement zum Wandungselement erhöht werden. Bevorzugt ist, insbesondere abhängig von der jeweiligen Anwendung der Induktionsofenvorrichtung, zumindest ein Teil der Verbindungselemente innerhalb von Teilbereichen mit minimalen Temperaturen und zumindest ein weiterer Teil der Verbindungselemente innerhalb von Teilbereichen mit maximalen Temperaturen angeordnet. Besonders vorteilhaft kann die Geschwindigkeit der Wärmeleitung auf einem Maximum gehalten werden, bei dem eine Beschädigung der Emaille gerade noch vermieden wird.
Um weiterhin eine Robustheit zu erhöhen, wird vorgeschlagen, dass die Ofenmuffelwandung zumindest ein an dem Flächenelement angeordnetes Montageelement aufweist, welches zu einer Montage zumindest einer weiteren Einheit an der Ofenmuffelwandung vorgesehen ist. Die weitere Einheit könnte beispielsweise die Heizeinheit, eine Motoreinheit und/oder eine Leitungseinheit, insbesondere für gasförmige Stoffe, umfassen. Denkbar wäre, dass das Montageelement zu einer Befestigung der Ofenmuffelwandung an einem restlichen Induktionsofen vorgesehen sein könnte. Beispielsweise könnte das Montageelement zumindest eine Lasche und/oder zumindest einen Eingriff und/oder zumindest einen Haken und/oder zumindest ein Gewinde und/oder zumindest ein Steckelement aufweisen. Vorzugsweise ist das Montageelement unlösbar mit dem Flächenelement verbunden, insbesondere kann das Montageelement einstückig mit dem Flächenelement verbunden sein. Vorteilhaft können bei der Montage auf das Wandungselement wirkende Zugkräfte reduziert werden, um eine Beschädigung der Emaille des Wandungselements zu vermeiden.
Es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Induktionsofenvorrichtung vorgeschlagen, mit zumindest einer Ofenmuffelwandung, welche zumindest ein strukturgebendes, einen Garraum zumindest teilweise begrenzendes, Wandungselement, zumindest ein induktiv beheizbares, vollständig auf einer dem Garraum abgewandten Seite des Wandungselements angeordnetes, Flächenelement und zumindest ein Verbindungselement aufweist, welches das Flächenelement thermisch leitend mit dem Wandungselement verbindet, wobei ein Rohling des Flächenelements mit einem Rohling des Wandungselements einstückig verbunden wird. Unter einem „Rohling“ soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein flaches, plattenförmiges Element verstanden werden, welches in zumindest einem Verformungsprozess, beispielsweise einem Tiefziehprozess, zum Flächenelement oder Wandungselement weiterverarbeitet wird. Insbesondere werden beide Rohlinge gemeinsam in einem einzelnen Verformungsprozess weiterverarbeitet. Hierdurch kann insbesondere eine Herstellung der Ofenmuffelwandung vereinfacht werden. Vorteilhaft kann auf einen zusätzlichen Verformungsprozess zur Weiterverarbeitung des Flächenelements verzichtet werden.
Die Induktionsofenvorrichtung soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann die Induktionsofenvorrichtung zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Induktionsofens mit einer Induktionsofenvorrichtung in einer Schrägansicht,
2 eine schematisch vereinfachte Darstellung eines Ofenmuffels der Induktionsofenvorrichtung mit einer Ofenmuffelwandung und einer weiteren Ofenmuffelwandung in einer Schrägansicht,
3 eine schematische Darstellung der Ofenmuffelwandung in einer Draufsicht,
4 eine schematische Darstellung einer Verbindung eines Flächenelements der Ofenmuffelwandung mit einem Wandungselement der Ofenmuffelwandung,
5 eine schematische Darstellung der weiteren Ofenmuffelwandung in einer Draufsicht,
6 ein schematisches Verlaufsdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung der Induktionsofenvorrichtung und
7 eine schematische Darstellung eines Rohlings eines Wandungselements und eines Rohlings eines Flächenelements in einer Draufsicht.

1 zeigt einen Induktionsofen 11 in einer schematischen Darstellung. Der Induktionsofen 11 weist eine Ofentür 28 auf. Die Ofentür 28 befindet sich in einem geschlossenen Zustand. Der Induktionsofen 11 weist eine Induktionsofenvorrichtung 10 auf. Die Induktionsofenvorrichtung 10 weist eine Ofenmuffel 26 auf. Die Ofenmuffel 26 und die Ofentür 28 begrenzen gemeinsam einen Garraum 14. Der Garraum 14 ist zur Aufnahme eines zu garenden Garguts vorgesehen.
2 zeigt die Ofenmuffel 26 in einer stark schematisierten Darstellung. Die Induktionsofenvorrichtung 10 weist eine Ofenmuffelwandung 12 auf, welche in 2 stark vereinfacht und in 3 näher dargestellt ist. Die Ofenmuffelwandung 12 bildet einen Teil der Ofenmuffel 26 aus. Die Ofenmuffelwandung 12 bildet eine Decke der Ofenmuffel 26 aus. Alternativ könnte die Ofenmuffelwandung 12 einen Boden, eine Rückwand, eine Seitenwand und/oder sämtliche Wände der Ofenmuffel 26 ausbilden. Die Ofenmuffelwandung 12 weist ein Wandungselement 16 auf. Das Wandungselement 16 ist strukturgebend. Das Wandungselement 16 begrenzt den Garraum 14 entgegen einer Schwerkraftrichtung 32. Die Ofenmuffelwandung 12 weist ein Flächenelement 20 auf. Das Flächenelement 20 ist auf einer dem Garraum 14 abgewandten Seite 18 des Wandungselements 16 angeordnet (vgl. 4). Das Flächenelement 20 besteht vollständig aus einem induktiv beheizbaren Material. Die Ofenmuffelwandung 12 weist ein Verbindungselement 22 auf, welches in der 4 näher dargestellt ist. Das Verbindungselement 22 verbindet das Flächenelement 20 thermisch leitend mit dem Wandungselement 16.
Das Wandungselement 16 ist auf einer dem Garraum 14 zugewandten Seite (nicht dargestellt) des Wandungselements 16 mit Emaille beschichtet. Das Wandungselement 16 ist als ein plattenförmiges Metallblech ausgebildet. Das Wandungselement 16 besteht aus einem nicht induktiv beheizbaren Material. Beispielsweise könnte das Wandungselement 16 aus Edelstahl und/oder Aluminium bestehen. In einer alternativen Ausgestaltung könnte das Wandungselement 16 aus einem induktiv beheizbaren Material ausgebildet sein. Das Flächenelement 20 besteht vollständig aus einem ferromagnetischen Material. Beispielsweise könnte das Flächenelement 20 aus Gusseisen und/oder Legierungen, welche Eisen und/oder Nickel und/oder Cobalt enthalten und sich von austenitischen Legierungen unterscheiden, bestehen.
Das Flächenelement 20 bedeckt etwa 80 % der Seite 18 des Wandungselements 16. Ein Rand 34 des Flächenelements 20 bildet bei einer Betrachtung entlang der Schwerkraftrichtung 32 eine Kontur des Flächenelements 20 aus. Die Kontur des Flächenelements 20 weist eine viereckige Grundform auf. Die Kontur des Flächenelements 20 weist mehrere konkave Krümmungen auf. Die Induktionsofenvorrichtung 10 weist eine Heizeinheit 30 auf. Die Heizeinheit 30 ist auf einer dem Garraum 14 abgewandten Seite der Ofenmuffelwandung 12 angeordnet. Die Heizeinheit 30 ist dazu vorgesehen, das Flächenelement 20 induktiv zu beheizen. In einer alternativen Ausgestaltung könnte die Heizeinheit 30 zusätzlich dazu vorgesehen sein, das Wandungselement 16 induktiv zu beheizen. Die Heizeinheit 30 ist als eine plattenförmige Induktionsspule ausgebildet. Beispielsweise könnte die Heizeinheit 30 als eine in einem kreisförmigen oder quaderförmigen Spiralmuster gewundene Induktionsspule ausgebildet sein.
Das Verbindungselement 22 besteht vollständig aus metallischem Material. Alternativ könnte das Verbindungselement 22 aus einem auf Kohlenstoff basierenden Material, wie beispielsweise Graphit oder Graphen, bestehen. Das Verbindungselement 22 ist einstückig mit dem Flächenelement 20 verbunden. Alternativ könnte das Verbindungselement 22 zwischen dem Flächenelement 20 und dem Wandungselement 16 eingeklemmt und/oder angeklebt und/oder festgeschraubt und/oder in eine Ausnehmung des Flächenelements 20 und/oder des Wandungselements 16 eingesteckt sein.
Das Verbindungselement 22 ist mittels eines Schweißverfahrens hergestellt. Das Verbindungselement 22 besteht vollständig aus Schweißmaterial des Flächenelements 20 und Schweißmaterial des Wandungselements 16. Alternativ könnte das Verbindungselement 22 aus Schweißmaterial des Flächenelements 20 oder Schweißmaterial des Wandungselements 16 bestehen. Das Verbindungselement 22 ist mittels eines Laserschweißverfahrens hergestellt. Alternativ könnte das Verbindungselement 22 mittels eines Pressschweißverfahrens oder mittels eines Plasmaschweißverfahrens hergestellt sein. Das Verbindungselement 22 ist als ein Schweißpunkt ausgebildet. Alternativ könnte das Verbindungselement 22 als eine Schweißnaht mit beliebiger Länge ausgebildet sein. Denkbar wäre, dass das Verbindungselement 22 eine am Rand 34 des Flächenelements 20 entlanglaufende Fuge ausbildet. Eine Querschnittsfläche des Verbindungselements 22 parallel zu einer Haupterstreckungsebene (nicht dargestellt) des Wandungselements 16 ist punktförmig ausgebildet. Eine räumliche Ausdehnung des Flächenelements 20 beträgt mehr als ein Hundertfaches einer räumlichen Ausdehnung der Querschnittsfläche des Verbindungselements 22. Alternativ könnte das Verbindungselement 22 beliebige andere räumliche Ausdehnungen und eine beliebige andere Anordnung relativ zum Flächenelement 20 aufweisen.
Das Verbindungselement 22 durchdringt das Flächenelement 20 vollständig. Das Flächenelement 20 ist mittels des Schweißverfahrens vollständig durchgeschweißt. Das Verbindungselement 22 füllt ein Volumen aus, welches von einer Kontaktebene (nicht dargestellt), in der sich das Flächenelement 20 und das Wandungselement 16 berühren, geschnitten ist. Alternativ könnte das Verbindungselement 22 in einem Übergangsbereich, in welchem das Wandungselement 16 auf den Rand 34 des Flächenelements 20 trifft, angeordnet sein. Alternativ könnte das Verbindungselement 22 parallel zur Schwerkraftrichtung 32 von Material des Flächenelements 20 und Material des Wandungselements 16 umgeben sein. Das Verbindungselement 22 durchdringt das Wandungselement 16 zu etwa 33 %. Alternativ könnte das Verbindungselement 22 das Wandungselement 16 zu etwa 20 %, 40 % oder 50 % durchdringen.
Die Ofenmuffelwandung 12 weist eine Vielzahl von weiteren Verbindungselementen auf, welche identisch zu dem Verbindungselement 22 ausgebildet sind und daher keine weiteren Bezugszeichen erhalten. Sämtliche Teilbereiche zwischen dem Flächenelement 20 und dem Wandungselement 16, welche frei von Verbindungselementen 22 sind, sind nach außen hin offen. Die Verbindungselemente 22 weisen zueinander periodische Abstände auf.
Die Verbindungselemente 22 sind in Abhängigkeit von einer in zumindest einem Betriebszustand mittels der Heizeinheit 30 in dem Flächenelement 20 erzeugten Wärmeverteilung (nicht dargestellt) räumlich verteilt angeordnet. Die Verbindungselemente 22 sind in Form von konzentrischen Kreisabschnitten, welche aus regelmäßig voneinander beabstandeten Verbindungselementen 22 bestehen, angeordnet. Alternativ könnten die Verbindungselemente 22 in Form einer Spirale oder einer Matrix angeordnet sein.
Die Induktionsofenvorrichtung 10 weist eine weitere Ofenmuffelwandung 13 auf, welche in 5 näher dargestellt ist. Im Folgenden werden lediglich Unterschiede der weiteren Ofenmuffelwandung 13 zur Ofenmuffelwandung 12 beschrieben, während hinsichtlich identischer Merkmale beider Bauteile auf die obige Beschreibung der Ofenmuffelwandung 12 verwiesen wird.
Die weitere Ofenmuffelwandung 13 bildet einen weiteren Teil der Ofenmuffel 26 aus. Die weitere Ofenmuffelwandung 13 bildet einen Boden der Ofenmuffel 26 aus. Die weitere Ofenmuffelwandung 13 weist ein weiteres Wandungselement 17 auf. Die weitere Ofenmuffelwandung 13 weist ein weiteres Flächenelement 21 auf. Das weitere Flächenelement 21 ist auf einer dem Garraum 14 abgewandten Seite 19 des weiteren Wandungselements 17 angeordnet. Die weitere Ofenmuffelwandung 13 weist ein weiteres Verbindungselement 23 auf. Die weitere Ofenmuffelwandung 13 weist ein Montageelement 24 auf. Das Montageelement 24 ist an dem weiteren Flächenelement 21 angeordnet. Das Montageelement 24 ist zu einer Montage einer weiteren Einheit (nicht dargestellt) an der Ofenmuffelwandung 13 vorgesehen. Das Montageelement 24 ist als eine Lasche ausgebildet. Alternativ könnte das Montageelement 24 als ein Gewinde und/oder ein Eingriff und/oder ein Steckelement ausgebildet sein. Das Montageelement 24 ist mittels einer Schweißverbindung (nicht dargestellt) am weiteren Flächenelement 21 befestigt. Alternativ könnte das Montageelement 24 mittels einer Rastverbindung und/oder einer Klebeverbindung am weiteren Flächenelement 21 befestigt sein.
Die weitere Ofenmuffelwandung 13 weist ein weiteres Montageelement 25 auf. Das weitere Montageelement 25 ist als ein Haken ausgebildet. Bezüglich weiterer Merkmale ist das weitere Montageelement 25 identisch zum Montageelement 24 ausgebildet, weshalb auf eine weitere Beschreibung des weiteren Montageelements 25 verzichtet wird.
6 zeigt ein schematisches Verlaufsdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung der Induktionsofenvorrichtung 10. In einem Positionierschritt 100 wird ein Rohling 36 des weiteren Flächenelements 21 auf einem Rohling 38 des weiteren Wandungselements 17 angeordnet. In einem Fixierschritt 110 wird ein äußerster Kreisabschnitt 42 aus regelmäßig beabstandeten weiteren Verbindungselementen 23 mittels eines Laserschweißverfahrens erzeugt. Alternativ oder zusätzlich könnten mehrere äußere Kreisabschnitte im Fixierschritt 110 erzeugt werden. Der Fixierschritt 110 folgt hierbei auf den Positionierschritt 100. Durch den Fixierschritt 110 werden die Rohlinge 36, 38 einstückig miteinander verbunden.
In einem Verbindungsschritt 120 werden die weiteren Verbindungselemente erzeugt. Die weiteren Verbindungselemente werden ebenfalls mittels des Laserschweißverfahrens erzeugt. Kreise aus regelmäßig beabstandeten weiteren Verbindungselementen 23 werden einem Abstand der Kreise von einem Zentrum 40 des weiteren Flächenelements 21 definiert. Ein dem Zentrum 40 nächstgelegener Kreis 44 wird als Erstes erzeugt. Der Verbindungsschritt 120 folgt hierbei auf den Fixierschritt 110. Die Rohlinge 36, 38 nach dem Verbindungsschritt 120 sind in 7 näher dargestellt.
In einem Ausformungsschritt 130 werden die Rohlinge 36, 38 durch einen Tiefziehprozess ausgeformt. Alternativ und/oder zusätzlich können die Rohlinge 36, 38 im Ausformungsschritt 130 durch einen Stanzschritt und/oder Schneidschritt ausgeformt werden. Im Ausformungsschritt 130 werden die Montageelemente 24, 25 durch einen Schweißprozess am weiteren Flächenelement 21 befestigt. Der Ausformungsschritt 130 folgt hierbei auf den Verbindungsschritt 120. Durch den Ausformungsschritt 130 wird aus den Rohlingen 36, 38 das weitere Flächenelement 21 und das weitere Wandungselement 17. In einer alternativen Ausgestaltung könnte der Ausformungsschritt 130 auch für die Rohlinge 36, 38 jeweils einzeln und vor den anderen Schritten 100, 110, 120 durchgeführt werden.
Auf ein weiteres schematisches Verlaufsdiagramm zur Herstellung der Ofenmuffelwandung 12 wird an dieser Stelle verzichtet, da sämtliche zur Herstellung der Ofenmuffelwandung 12 nötigen Verfahrensschritte bereits in der Beschreibung der Herstellung der weiteren Ofenmuffelwandung 13 genannt wurden.
Bezugszeichenliste

10: Induktionsofenvorrichtung
11: Induktionsofen
12: Ofenmuffelwandung
13: Ofenmuffelwandung
14: Garraum
16: Wandungselement
17: Wandungselement
18: Seite des Wandungselements
19: Seite des Wandungselements
20: Flächenelement
21: Flächenelement
22: Verbindungselement
23: Verbindungselement
24: Montageelement
25: Montageelement
26: Ofenmuffel
28: Ofentür
30: Heizeinheit
32: Schwerkraftrichtung
34: Rand des Flächenelements
36: Rohling
38: Rohling
40: Zentrum
42: Kreisabschnitt
44: Kreis
100: Positionierschritt
110: Fixierschritt
120: Verbindungsschritt
130: Ausformungsschritt

Claims

Induktionsofenvorrichtung (10) mit zumindest einer Ofenmuffelwandung (12, 13), welche zumindest ein strukturgebendes, einen Garraum (14) zumindest teilweise begrenzendes, Wandungselement (16, 17) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ofenmuffelwandung (12, 13) zumindest ein induktiv beheizbares, auf einer dem Garraum (14) abgewandten Seite (18, 19) des Wandungselements (16, 17) angeordnetes Flächenelement (20, 21) und zumindest ein Verbindungselement (22, 23) aufweist, welches das Flächenelement (20, 21) thermisch leitend mit dem Wandungselement (16, 17) verbindet.
Induktionsofenvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement (20, 21) mindestens 20 % der Seite (18, 19) des Wandungselements (16, 17) abdeckt.
Induktionsofenvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächenelement (20, 21) höchstens 95 % der Seite (18, 19) des Wandungselements (16, 17) abdeckt.
Induktionsofenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (22, 23) einstückig mit dem Flächenelement (20, 21) und dem Wandungselement (16, 17) verbunden ist.
Induktionsofenvorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (22, 23) mittels eines Schweißverfahrens hergestellt ist.
Induktionsofenvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (22, 23) mittels eines Laserschweißverfahrens hergestellt ist.
Induktionsofenvorrichtung (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (22, 23) als ein Schweißpunkt ausgebildet ist.
Induktionsofenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (22, 23) das Flächenelement (20, 21) vollständig durchdringt.
Induktionsofenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von weiteren Verbindungselementen, welche zumindest weitgehend identisch zu dem Verbindungselement (22, 23) ausgebildet sind.
Induktionsofenvorrichtung (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Teilbereiche zwischen dem Flächenelement (20, 21) und dem Wandungselement (16, 17), welche frei von Verbindungselementen (22, 23) sind, nach außen hin offen sind.
Induktionsofenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest eine Heizeinheit, welche auf einer dem Garraum (14) abgewandten Seite (18, 19) der Ofenmuffelwandung (12, 13) angeordnet und dazu vorgesehen ist, das Flächenelement (20, 21) induktiv zu beheizen.
Induktionsofenvorrichtung (10) zumindest nach den Ansprüchen 9 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (22, 23) in Abhängigkeit von einer in zumindest einem Betriebszustand mittels der Heizeinheit in dem Flächenelement (20, 21) erzeugten Wärmeverteilung räumlich verteilt angeordnet sind.
Induktionsofenvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ofenmuffelwandung (12, 13) zumindest ein an dem Flächenelement (20, 21) angeordnetes Montageelement (24) aufweist, welches zu einer Montage zumindest einer weiteren Einheit an der Ofenmuffelwandung (12, 13) vorgesehen ist.
Induktionsofen (11) mit zumindest einer Induktionsofenvorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Verfahren zur Herstellung einer Induktionsofenvorrichtung (10), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit zumindest einer Ofenmuffelwandung (12, 13), welche zumindest ein strukturgebendes, einen Garraum (14) zumindest teilweise begrenzendes, Wandungselement (16, 17), zumindest ein induktiv beheizbares, vollständig auf einer dem Garraum (14) abgewandten Seite (18, 19) des Wandungselements (16, 17) angeordnetes, Flächenelement (20, 21) und zumindest ein Verbindungselement (22, 23) aufweist, welches das Flächenelement (20, 21) thermisch leitend mit dem Wandungselement (16, 17) verbindet, wobei ein Rohling des Flächenelements (20, 21) mit einem Rohling des Wandungselements (16, 17) einstückig verbunden wird.